工厂供电系统设计.docx
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工厂供电系统设计
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工厂供配电技术论文
题目：
工厂供电技术
班级：
长沙地铁
姓名：
黄睿杰
指导老师：
严俊老师
完成日期：
2012年10月31号
第一章绪论
1.1工厂供电的含义和要求
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2工厂供电设计的一般原则
则：
（1）遵守规程、执行政策；
必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
（2）安全可靠、先进合理；
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展；
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
1.3工厂负荷性质
断供电在政治经济上所造成的损失或影响程度，电力负荷分为以下三级：
一级负荷中断供电将造成人身伤亡；中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。
例如：
重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等；中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。
例如：
重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
二级负荷中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
例如：
主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
中断供电将影响重要用电单位的正常工作。
例如：
交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。
三级负荷不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。
对一级负荷一律应由两个独立电源供电。
二级负荷较重要的电力负荷对该类负荷供电的中断，将造成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。
一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。
三级负荷不属于上述一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。
1.4工厂供配电系统
工厂供配电系统由总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。
1.4.1总降压变电所
总降压变电所负责将35～110kV的外部供电电压变换为6～10kV的厂区高压配电电压，给厂区各车间变电所或高压电动机供电。
1.4.2车间变电所
车间变电所将6～10kV的电压降为380/220V，再通过车间低压配电线路，给车间用电设备供电。
1.4.3配电线路
配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路。
图1.1大中型工厂供电系统主接线示意图
1.5供电半径
供电半径就是从电源点开始到其供电的最远的负荷点之间的线路的距离，供电半径指供电线路物理距离，而不是空间距离。
低压供电半径指从配电变压器到最远负荷点的线路的距离，而不是空间距离。
城区中压线路供电半径不宜大于3公里，近郊不宜大于6公里。
因电网条件不能满足供电半径要求时，应采取保证客户端电压质量的技术措施。
0.4千伏线路供电半径在市区不宜大于300米。
近郊地区不宜大于500米。
接户线长度不宜超过20米，不能满足时应采取保证客户端电压质量的技术措施。
供电半径是电气竖井设置的位置及数量最重要的参数。
250米为低压的供电半径,考虑50米的室内配电线路,取200米为低压的供电半径,当超过250米时,每100米加大一级电缆。
低压配电半径200米左右指的是变电所（二次为380伏）的供电半径，楼内竖井一般以800平方左右设一个，末端箱的配电半径一般30~50米。
供电半径取决于以下2个因素的影响：
1、电压等级（电压等级越高，供电半径相对较大）
2、用户终端密集度（即：
电力负载越多，供电半径越小）
同种电压等级输电中，电压跌落情况小，那么供电半径就大。
相比较来说：
在同能负载情况下，10kV的供电半径要比6kV的供电半径大。
在统一电压等级下，城市或工业区的供电半径要比郊区的供电半径小。
三相供电时，铜线和铝线的最大合理供电半径计算公式（J为经济电流密度）：
Lst=1.79×85×11.65/j=1773/jm
Lsl=1.79×50×11.65/j=1042/jm
铜线和铝线最大合理供电半径计算公式如下。
Ldt=4.55×14×13.91/j=885/jm（11）
Ldl=4.55×8.3×13.91/j=525/jm（12）
选定经济截面后，其最大合理供电半径，三相都大于0.5km，单相基本为三四百米，因此单纯规定不大于0.5km，对于三相来说是“精力过剩”，对单相来说则“力不从心”。
1.6功率因数
功率因数是指电力网中线路的视在功率供给有功功率的消耗所占百分比.在电力网的运行中,我们所希望的是功率因数越大越好,若能做到这一点,则电路中的视在功率大部分用来供给有功功率,以减少无功功率的消耗.用户功率因数的高低,对于电力系统发、供用电设备的充分利用，有着显著的影响。
影响功率因数的主要因素：
功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率。
当有功功率P一定时，如减少无功功率Q，则功率因数便能提高。
因此提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备：
异步电动机的定子与转子间的气隙是决定异步电动机需要较多无功的主要因素。
而异步电动机所耗用的无功功率是由其空载时的无功功率和一定负载下无功功率增加值两部分所组成。
所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。
变压器消耗无功的主要成份是它的空载无功功率，它和负载率的大小无关。
第二章工厂供电设计内容
2.1变配电所设计
无论工厂总降压变电所或车间变电所，设计的内容都基本相同。
工厂高雅配电所，则除了没有主变压器的选择外，其余的设计内容也与变电所设计基本相同。
变配电所的设计内容应包括：
变配电所复核的计算和无功功率的补偿，变配电所所址的选择，变电所主变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主结线方案的选择，进出线的选择，短路计算及开关设备的选择，二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定，防雷保护欲接地和接零的设计，变配电所电气照明的设计等。
最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概（预）算，绘制变配电所主电路图、平剖面图、二次回路及其它施工图纸。
2.2配电线路的设计
工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。
厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计及车间外部低压配电线路设计。
其设计能容应包括：
配电线路路径及线路结构型式的确定，负荷的计算，导线或电缆及配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子、金具的选择，防雷保护与接地和接零的设计、最后需编制设计说明书、设备材料清单及工程概（预）算，绘制厂区配电线路系统图和平面图、电杆总装图及其它施工图纸。
车间配电线路设计，包括车间配电线路布线方案的确定、负荷的计算、线路导线及配电设备和保护设备的选择、线路敷设设计等。
最后也需编制设计说明书、设备材料清单及工程概（预）算，绘制车间配电线路系统图、平面及其它施工图纸。
2.3电气照明设计
工厂电气照明设计，包括厂区室外照明系统设计和车间（建筑）内照明系统设计。
无论是厂区室外照明设计还是车间内照明设计，其内容均应包括：
照明光源和灯具的选择，灯具布置方案的确定和照度的计算，照明负荷计算及导线的选择，保护与控制设备的选择等。
最后编制设计说明书、设备材料清单及工程概算，绘制照明系统图，平面图及其它施工图纸。
第三章负荷计算及功率补偿
3.1负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、表达计算成果。
3.2负荷计算的内容和目的
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。
一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
3.3负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有：
有功功率：
P30=Pe·Kd
无功功率:
Q30=P30·tgφ
视在功率:
S3O=P30/Cosφ
计算电流:
I30=S30/3UN
3.4交配电所所址和型式的选择
3.4.1交配电所所址选择的一般原则
选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求并且经技术、经济比较后择优确定。
①接近负荷中心；
②进出线方便；
③接近电源侧；
④设备吊装和运输方便；
⑤不应设在有剧烈振动和高温的场所；
⑥不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；
⑦不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
⑧不应设在有爆炸危险环境、有火灾危险环境的正上方或正下方；当与有爆炸或火灾设计规范》；
⑨不应设在地势低洼和可能积水的场所；
⑩高压配电所尽量与邻近车间变电所或有大量高压设备的厂房合建在一起。
3.5负荷中心的确定
利用负荷功率距法确定负荷中心：
在工厂平面图的下方和左侧，分别作为一直角坐标的X轴和Y轴，然后测出个车间（建筑）和生活区负荷点的坐标位置，例如P1（x1,y1）,P2（x2,y2）,P3（x3,y3）,P4（x4,y4），P5（x5,y5）。
而工厂的负荷中心假设为P（x,y）,其中P=P1+P2+P3+P4+P5；仿照《力学》中计算重心力矩方程，可得负荷中心的坐标。
这里必须指出：
负荷中心虽然是选择变电所位置的重要因素，但是不是唯一因素。
因此负荷中心的计算不必要求十分精确。
变配电所的所址，必须全面分析比较后择优选择。
各车间和生活变电所的地理位置图，比列：
1公分（格）=200米。
以此图建立x,y轴坐标：
以左下表格边间为坐标原点，可以得出各点坐标大概数字如下：
P1（1400，580）
P2（380，1900）
P3（1800，1600）
P4（2600，1200）
P5（50，1200）
P1=182.4；P2=450.4；P3=228.2；P4=564.6；P5=62.44；
=1488.04
所以负荷中心的坐标为：
P（，
）
代入数据得：
P（1246，576）
换算知：
P在表中占得格子数为：
X=7.76格,Y=6.97格。
由计算可以知道，工厂的负荷中心在河的边缘，根据交配电所所址选择原则，必须避开有积水的地方，并且高压配电所尽量与邻近车间变电所或有大量高压设备的厂房合建在一起。
可以择优选择一个坐标做为负荷中心。
图3-1负荷中心选址
图例：
车间变电所生活变电所○高压电机◎总降变电所△
3.6变压器的选择
为保证供电的可靠性，避免一台主变故障或检修时影响供电，变电所一般装设两台主变压器，但一般不超过两台变压器。
当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保证供电时，可装设一台主变压器。
对于大型超高压枢纽变电所，装设两台大型变压器，当一台发生故障时，要切断大量负荷是很困难的，因此，对大型枢纽变电所，根具工程具体情况，应安装2～4台主变压器。
这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性，变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有所节约，且可根据负荷的实际增长的进程，分别逐台装设变压器，而不致积压资金。
当变电所装设两台以及以上的主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余变压器容量至少能保证所供的一级负荷或为变电所全部负荷的60%～75%。
通常一次变电所采用75%，二次变电所采用60%。
本次设计的是线变阻，选择按备用要求，每台按变压器的最大负荷选择。
正常情况下两台变压器都参加工作，这时，每台变压器均承受50%最大负荷，这种备用及能满足正常工作时经济运行的要求，又能在故障情况下承担全部负荷，是比较合理的备用方式。
3.7车间变电所变压器的确定及补偿电容器的选择
变电所对功率因数有这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。
因此，变电所需装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。
按照我国原电力工业部1996年颁布实施的《供电营业规则》规定：
用户应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。
除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到以下规定：
100KVA及以上高压供电的用户，功率因数为0.9以上。
其他电力用户和大，中型电力排灌站，功率因数为0.85以上。
在本课程设计中，采用并联电容的方法进行无功功率的补偿。
各车间变压器及主变压器的容量及型号根据计算负荷数据，选择变压器时应注意有10%的余量，以保证变压器稳定、安全的运行。
3.8主变压器的确定
装有两台主变压器的变电所每台主变压器的容量SNT不应小于总负荷的60%~70%，SNT≈（0.6~0.7）S30，同时每台主变压器的容量SNT不应小于全部一、二级负荷之和
本次设计计算数据可由1.3负荷计算数据得到S30。
=0.95×（228.2+185.356+573.8+457.737+63.337）=1443KW
=0.97×（225.8+77.64+271.59+220.5+3.764）=774.9kvar
S30==1629kVA
SNT=0.67×1629=1059kV·A
=200.9+507.9+340.6=1049kVA
取两台主变压器的容量为1250KVA并联运行时可以满足要求。
3.8.1主变压器台数的确定
主变压器台数的应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择。
当符合下列条件之一时，宜安装两台以上的主变压器。
（1）有大量一级负荷或二级负荷。
（2）季节性负荷变化大，适于采用经济运行方式。
（3）集中负荷大，列如大于1250kVA时。
SNT=100%S30=0.95×
=0.95×（228.2+185.356+573.8+457.737+63.337）=1443kW
=0.97×（225.8+77.64+271.59+220.5+3.764）=774.9kvar
SNT===1629kV·A
==0.8797
功率因数提高到0.92，
QC=1443×（tanarccos0.8797－tanarccos0.92）＝164.2kvar
S’30
（2）==1555.4kVA
因此主变压器选择S9-2000/10型号
△PT=0.015×S’30
（2）=23.33kw
△QT=0.06×S’30
（2）=93.324kvar
P’30
（1）=1433+23.33=1456.33kW
Q’30
（1）=774.9－170+93.324=698.22kvar
S’30
（1）=1615.1kVA
==0.902
因此校验合格。
但SNT>1250，不符合设计要求。
宜选用两台主变压器。
3.8.2所选变压器型号及参数
表3-2变压器型号及容量
数据
型号
额定容量
KV·A
台数
额定电压KV
补偿容量QC
kvar
功率因数
连接组标号
阻抗电压
%
高压
低压
T1T2
S9-1250/10
1250
2
35
10
170
0.902
Ydn11
5
1#变压器
S9-250/10
250
2
11，
10.5
10，
6.3
6
0.4
110
0.915
Dyn11
4
2#变压器
S9-630/10
630
2
350
0.901
5
3#变压器
S9-800/10
800
1
115
0.904
5
4#变压器
S9-80/10
80
1
不补偿
1
4
说明：
T1，T2是两台主变压器，1#、2#、3#、4#变压器分别装设在车间变电所1、车间变电所2、车间变电所4和生活区。
车间1、2为一级负荷应装设两台变压器。
为补偿后工厂的功率因数。
第四章变配电所主接线方案设计
4.1设计原则和要求
1.安全性
（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。
（2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。
（3）在装设高压熔断器的-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。
（4）交配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。
装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。
接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。
2.可靠性
（1）变配电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。
对一级负荷，应由两个电源供电。
对二级负荷，应由两回路或一回6KV以上专用架空线或电缆线供电；其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷。
（2）变配电所的非专用电源进线侧，应装设带保护短路的断路器或负荷开关-熔断器。
（3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变电所采用放射式的高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。
（4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压熔断器。
当低压侧为单母线分段，且有自动切换电源要求时，低压总开关和低压母线分段开关，均应采用低压熔断器。
3.灵活性
（1）变配电所的高低压母线，一般采勇单母线或单母线分段接线方式。
（2）35KV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥式接线和线路-变压器。
（3）变配电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应。
4.经济性
（1）变配电所的主接线在满足运行要求的前提下应力求简单。
（2）中小型工厂变电所，一般可采用高压少油断路器。
（3）工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电能表用。
变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。
通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。
如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。
变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。
6~10KV馈线应选轻型断路器，如SN10型少油断路器或ZN13型真空断路器；若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。
在变电站中最简单的限制短路电流的方法，是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可装设分列电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。
故综合从以下几个方面考虑：
（1）断路器检修时，是否影响连续供电；
（2）线路能否满足Ⅰ,Ⅱ类负荷对供电的要求；
（3）大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。
主接线方案的拟定：
对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。
在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。
此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各种运行方式的变化，且在检修、事故等特殊状态下操作方便、调度灵活、检修安全、扩建发展方便。
4.2主接线方案确定
变电所的接线应从安全、可靠、灵活、经济出发。
本次设计工厂35KV总降变电所，地位较为重要，应尽量保证供电的可靠性，又由于是总降变电所，从经济性来考虑主接线不宜复杂。
（1）只装有一台主变压器的总降变电所主接线
通常采用一次侧无母线、二次侧为单母线的主接线。
一次侧采用断路器为主开关。
其特点是简单经济，但供电可靠性不高，只适用于三级负荷。
（2）一次侧为内桥式接线的总降变电所主接线
这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷。
这种内桥式接线多用于电源线路较长而主变压器不须经常切换的总降压变电所。
（3）一次侧为外桥式接线的总降变电所主接线
这种主接线也适用于一、二级负荷。
这种外桥式接线多用于电源线路不长而主变压器需经常切换以适应经济运行的总降压变电所。
（4）一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线
这种主接线兼有上述内桥式和外桥式两种接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，投资较大。
可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的情况。
（5）一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线
采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大提高，从
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